Pengertian SCR dan penerapannya

SCR

SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

SCR  akan bekerja atau menghantar arus listrik dari anoda ke katoda jika pada kaki gate diberi arus ke arah katoda, karenanya kaki gate harus diberi tegangan positif terhadap katoda.

Pemberian tegangan ini akan menyulut SCR dan ketika tersulut akan tetap menghantar. SCR akan terputus jika arus yang melalui anoda ke katoda menjadi kecil atau gate pada SCR terhubung dengan ground.

Guna SCR:

• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Berikut langkah mengukur SCR

1.      Atur posisi multimeter pada X1 (ohm)

2.      Hubungkan anoda SCR dengan kabel (+) dari multimeter katoda dengan terminal (-), masih dalam posisi ini short-kan anoda ke gate hasilnya jarum tidak bergerak

3.      Hubungkan anoda SCR dengan kabel (-) dari multimeter katoda dengan terminal (+), masih dalam posisi ini short-kan anoda ke gate hasilnya jarum bergerak kemudian lepaskan gate dari anoda jarum harus masih menunjuk ! jika

4.      Jika langkah 1, 2, 3 terjadi maka SCR dalam keadaan baik

Gambar pengujian SCR dengan beban resistor

Gambar pengujian SCR dengan beban motor DC

SCR sebagai saklar pengaman elektronik

SCR sebagai saklar dapat dipergunakan sebagai proteksi arus yang mengalir ke beban baik berupa lampu maupun motor listrik. Pengaturan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan rangkaian umpan balik (feed back) yang menghubungkan keluaran SCR ke gate SCR. Beban maksimum yang dapat ditanggung SCR tergantung pada karakteristik dari SCR tersebut serta penyulutan yang dilakukan pada gate SCR.

Umpan balik tersebut tidak dapat langsung dihubungkan dengan gate SCR karena tegangan keluaran yang dihasilkan keluaran SCR terlampau besar untuk menyulut gate SCR, sehingga perlu tambahan rangkaian agar SCR tidak rusak. Gambar rangkaian di bawah ini merupakan pemakaian atau penggunaan komponen SCR sebagai proteksi khususnya proteksi terhadap arus lebih.

Gambar  Rangkaian SCR Sebagai Saklar Pengaman Elektronik

Sumber tegangan pada rangkaian terebut di atas langsung berasal dari jala-jala PLN 220 Volt, yang langsung disambung seri dengan beban lampu dan SCR. Selanjutnya untuk rangkaian pengendali diperlukan penyearah tegangan sistem jembatan (bridge diode) yaitu D₁ - D₄. Rangkaian pengendali SCR terdiri dari dua buah transistor yaitu Q₁ dan Q₂. Apabila beban yang ditanggung SCR terlampau besar, rangkaian pengendali bekerja dan SCR berada pada kondisi “OFF”. Besar arus maksimum yang dapat ditanggung SCR dapat ubah-ubah dengan mengatur potensiometer atau tahanan variabel (VR).

APLIKASI THYRISTOR DAN SCR`

Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat lapis (PNPN) yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode), dan gerbang (gate) – dalam operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling sering digunakan dan dapat melakukan penyaklaran untuk arus yang besar.

SCR dapat dikategorikan menurut jumlah arus yang dapat beroperasi, yaitu SCR arus rendah dan SCR arus tinggi. SCR arus rendah dapat bekerja dengan arus anoda kurang dari 1 A sedangkan SCR arus tinggi dapat menangani arus beban sampai ribuan ampere.

Simbol skematis untuk SCR mirip dengan simbol penyearah dioda dan diperlihatkan pada Gambar 2. Pada kenyataannya, SCR mirip dengan dioda karena SCR menghantarkan hanya pada satu arah. SCR harus diberi bias maju dari anoda ke katoda untuk konduksi arus. Tidak seperti pada dioda, ujung gerbang yang digunakan berfungsi untuk menghidupkan alat.

Operasi SCR
Operasi SCR sama dengan operasi dioda standar kecuali bahwa SCR memerlukan tegangan positif pada gerbang untuk menghidupkan saklar. Gerbang SCR dihubungkan dengan basis transistor internal, dan untuk itu diperlukan setidaknya 0,7 V untuk memicu SCR. Tegangan ini disebut sebagai tegangan pemicu gerbang (gate trigger voltage). Biasanya pabrik pembuat SCR memberikan data arus masukan minimum yang dibutuhkan untuk menghidupkan SCR. Lembar data menyebutkan arus ini sebagai arus pemicu gerbang (gate trigger current). Sebagai contoh lembar data 2N4441 memberikan tegangan dan arus pemicu :
VGT = 0,75 V
IGT = 10 mA
Hal ini berarti sumber yang menggerakkan gerbang 2N4441 harus mencatu 10 mA pada tegangan 0,75 V untuk mengunci SCR.

Skema rangkaian penghubungan SCR yang dioperasikan dari sumber DC diperlihatkan pada Gambar 3. Anoda terhubung sehingga positif terhadap katoda (bias maju). Penutupan sebentar tombol tekan (push button) PB1 memberikan pengaruh positif tegangan terbatas pada gerbang SCR, yang men-switch ON rangkaian anoda-katoda, atau pada konduksi, kemudian menghidupkan lampu.Rangkaian anoda-katoda akan terhubung ON hanya satu arah. Hal ini terjadi hanya apabila anoda positif terhadap katoda dan tegangan positif diberikan kepada gerbang Ketika SCR ON, SCR akan tetap ON, bahkan sesudah tegangan gerbang dilepas. Satu-satunya cara mematikan SCR adalah penekanan tombol tekan PB2 sebentar, yang akan mengurangi arus anoda-katoda sampai nol atau dengan melepaskan tegangan sumber dari rangkaian anoda-katoda.

SCR dapat digunakan untuk penghubungan arus pada beban yang dihubungkan pada sumber AC. Karena SCR adalah penyearah, maka hanya dapat menghantarkan setengah dari gelombang input AC. Oleh karena itu, output maksimum yang diberikan adalah 50%; bentuknya adalah bentuk gelombang DC yang berdenyut setengah gelombang.

Skema penghubungan rangkaian SCR yang dioperasikan dari sumber AC diperlihatkan oleh Gambar . Rangkaian anoda-katoda hanya dapat di switch ON selama setengah siklus dan jika anoda adalah positif (diberi bias maju). Dengan tombol tekan PB1 terbuka, arus gerbang tidak mengalir sehingga rangkaian anoda-katoda bertahan OFF. Dengan menekan tombol tekan PB1 dan terus-menerus tertutup, menyebabkan rangkaian gerbang-katoda dan anoda-katoda diberi bias maju pada waktu yang sama. Prosedur arus searah berdenyut setengah gelombang melewati depan lampu. Ketika tombol tekan PB1 dilepaskan, arus anoda-katoda secara otomatis menutup OFF ketika tegangan AC turun ke nol pada gelombang sinus.

Ketika SCR dihubungkan pada sumber tegangan AC, SCR dapat juga digunakan untuk merubah atau mengatur jumlah daya yang diberikan pada beban. Pada dasarnya SCR melakukan fungsi yang sama seperti rheostat, tetapi SCR jauh lebih efisien. Gambar 5 menggambarkan penggunaan SCR untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC.

Rangkaian SCR dari Gambar 6 dapat digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase. Dua SCR dihubungkan secara terbalik paralel untuk memperoleh kontrol gelombang penuh. Dalam tema hubungan ini, SCR pertama mengontrol tegangan apabila tegangan positif dengan bentuk gelombang sinus dan SCR yang lain mengontrol tegangan apabila tegangan negatif. Kontrol arus dan percepatan dicapai dengan pemberian trigger dan penyelaan SCR pada waktu yang berbeda selama setengah siklus. Jika pulsa gerbang diberikan awal pada setengah siklus, maka outputnya tinggi. Jika pulsa gerbang diberikan terlambat pada setengah siklus, hanya sebagian kecil dari bentuk gelombang dilewatkan dan mengakibatkan outputnya rendah.

Aplikasi SCR
Pada aplikasinya, SCR tepat digunakan sebagai saklar solid-state, namun tidak dapat memperkuat sinyal seperti halnya transistor. SCR juga banyak digunakan untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC, pemanas, AC, melindungi beban yang mahal (diproteksi) terhadap kelebihan tegangan yang berasal dari catu daya, digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase dan pemanas induksi. Sebagian besar SCR mempunyai perlengkapan untuk penyerapan berbagai jenis panas untuk mendisipasi panas internal dalam pengoperasiannya.

• Aplikasi SCR pada saklar solid state

Solid state relay berfungsi sama seperti halnya relay mekanik, dengan solid state relay kita dapat mengendalikan beban AC maupun DC daya besar dengan sinyal logika TTL. Rangkaian solid state relay terdiri dari 2 jenis, yaitu solid state relay DC dan solid state relay AC. Pada gambar rangkaian dibawah merupakan skema dari rangkaian solid state relay yang digunakan untuk jaringan AC 220V dengan daya maksimum 500 watt. Rangkaian solid state relay ini dibangun menggunakan TRIAC BT136 sebagai saklar beban dan optocopler MOC3021 sebagai isolator. Solid state relay pada gambar rangkaian dibawah dapat digunakan untuk mengendalikan beban AC dengan konsumsi daya maksimal 500 watt.

Daya maksimum rangkaian solid state relay ini ditentukan oleh kapasitas menglirkan arus oleh TRIAC Q1 BT136. Untuk membuat rangkaian solid state relay dapat dilihat gambar rangkaian dan komponen yang digunakan sebagai berikut.

Rangkaian solid state relay pada gambar diatas dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan tegangan kerja AC dari 24 volt hingga 220 volt. Rangkaian solid state relay ini dikendalikan dengan sinyal logika tinggi TTL 2 – 5 volt DC yang diberikan ke jalur input solid state relay. Untuk meningkatkan daya atau kemampuan arus solid state relay ini dapat dilkukan dengan mengganti TRIAC Q1 BT136 dengan TRIAC yang memiliki kapasitas arus yang lebih besar. TRIAC Q1 BT136 pada rangkaian  solid state relay diatas harus dilengkapi dengan pendingin (heatsink) untuk meredam panas yang dihasilkan TRIAC pada saat mengalirkan arus ke beban.

APLIKASI THYRISTOR UNTUK PENGATUR TEGANGAN AC/DC

Berkembangnya teknologi elektronika daya, khususnya dengan adanya penemuan Thyristor, maka pemanfaatan konverter dan inverter merupakan sebuah solusi pemutakhiran pengendali kelistrikan, misalnya dalam pengaturan tegangan ac / dc yang mudah, luwes, praktis, dan ekonomis.

Thyristor khususnya SCR (silicon controlled rectifier) memiliki 3 buah elektroda: anoda (A), katoda (K), dan gate (G) merupakan piranti elektronik yang banyak diterapkan pada rangkaian elektronika daya. Di dalam konverter arus bolak-balik thyristor merupakan komponen utama, melalui pengendalian sinyal picu (trigger), maka  besarnya sudut konduk (conduction angle) dan sudut picu (firing delay angle) dapat diatur.

Rangkaian dasar: SCR, beban (R_L), dan sumber tegangan (Us) diperlihatkan pada gambar 1.a), sedangkan gambar 1.b) memperlihatkan bahwa pada sudut konduk SCR = 120⁰ maka sudut picu = 60⁰ (interval 180⁰ adalah sudut konduk+ sudut picu)

Sumber:
http://andihasad.wordpress.com/2011/12/04/silicon-controlled-rectifier-scr/